DE102004018036A1 - Kühlsystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler (1), der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors (2) dient, und der von einer Kühlluftströmung (7) durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter (4) beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler (1) und dem Motor (2) angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube (25) abgedeckt ist. DOLLAR A Um ein aerodynamisch verbessertes Kühlsystem zu schaffen, ist die Lüfterhaube (25) an mindestens einer Seite des Differenzbereichs mit mindestens einer Öffnung (27) versehen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und dem Motor angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube abgedeckt ist.
- In derartigen Kühlsystemen hat der Lüfter, der auch als Ventilator bezeichnet wird, die Aufgabe, den Kühler und den Motorraum mit einer ausreichenden Kühlluftmenge zu versorgen, wenn der Fahrtwind nicht ausreicht, zum Beispiel bei langsamer Fahrt oder bei Stillstand des Fahrzeugs. Das erforderliche Fördervolumen des Lüfters ist, je nach Betriebszustand des Fahrzeugs, sehr unterschiedlich. Während einer Langsamfahrt wird der für die Förderung der Kühlluftströmung nötige Druckaufbau von dem Lüfter bereitgestellt. Daher wird dieser Betriebszustand auch als Lüfterbetriebszustand, kurz Lüfterbetrieb, bezeichnet. Bei einer Schnellfahrt hat der Fahrtwind eine größere Wirkung als der Lüfter. Der Lüfter führt bei einer Schnellfahrt zu einem unerwünschten Druckverlust. Dieser Betriebszustand wird auch als Staudruckbetriebszustand, kurz Staudruckbetrieb, bezeichnet. Der im Staudruckbetrieb auftretende Druckverlust ist insbesondere dann problematisch, wenn die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche deutlich kleiner als die Kühlerfläche selbst ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein aerodynamisch verbessertes Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und dem Motor angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube abgedeckt ist, zu schaffen, das sowohl für eine Staudruck dominierte Schnellfahrt als auch für den Lüfterbetrieb bei Langsamfahrt geeignet ist.
- Die Aufgabe ist bei einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und dem Motor angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube abgedeckt ist, dadurch gelöst, dass die Lüfterhaube an einer Seite, insbesondere an mindestens einer Seite, des Differenzbereichs mit mindestens einer Öffnung versehen ist. Dadurch wird die Lüfterhaube in den Bereichen, die nicht durch den Lüfter und einen vorzugsweise am Umfang des Lüfters vorgesehenen Lüfterzargenring abgedeckt sind, aerodynamisch so gestaltet, dass der Druckabfall der Kühlluft, die von vorne durch den Kühler strömt, wesentlich niedriger ist als der Druckabfall der Kühlluft, die bei einem niedrigen Staudruck vom Lüfter in Fahrtrichtung durch die Lüfterhaube nach vorne strömt. Durch eine Lüfterhaubenkontur, die der gewünschten Motorraumdurchströmung im Staudruckbetrieb folgt, wird diese Strömung nicht behindert. Im Lüfterbetrieb muss die Strömung einen längeren Weg und mehr Umlenkungen nehmen, um rezirkulieren zu können. Dadurch erhöht sich der Druckverlust auf die sem Strömungsweg erheblich, so dass der Anteil an rezirkulierter Luft reduziert wird.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnung, im Schnitt betrachtet, nach außen zum Motor hin erweitert. Diese Erweiterung des Strömungswegs hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
- Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und dem Motor angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube abgedeckt ist, auch dadurch gelöst, dass die Lüfterhaube in dem Differenzbereich zum Motor hin eine Öffnung, insbesondere mindestens eine Öffnung, aufweist, in der mindestens eine Leitlamelle, insbesondere mehrere Leitlamellen, angeordnet ist beziehungsweise sind. Dadurch wird die Lüfterhaube in den Bereichen, die nicht durch den Lüfter und einen vorzugsweise am Umfang des Lüfters vorgesehenen Lüfterzargenring abgedeckt sind, aerodynamisch so gestaltet, dass der Druckabfall der Kühlluft, die von vorne durch den Kühler strömt, wesentlich niedriger ist als der Druckabfall der Kühlluft, die bei einem niedrigen Staudruck vom Lüfter in Fahrtrichtung durch die Lüfterhaube nach vorne strömt. Die Leitlamelle stellt durch ihre Gestalt und aufgrund der verschiedenen Strömungsrichtungen und -winkel für die in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit verschiedenen Strömungsformen unterschiedliche Widerstände dar.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitlamellen in Form eines Leitgitters im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Das Leitgitter ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Durchströmung im Staudruckbetrieb begünstigt und die Rezirkulation behindert wird.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen, in der Draufsicht auf den Kühler betrachtet, im Wesentlichen konzentrisch zu der Lüfterachse angeordnet sind. Diese Anordnung der Leitlamellen hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen in einem Winkel von 30° bis 80°, insbesondere von etwa 45°, zur Kühlluftströmung geneigt angeordnet sind. Diese Anordnung der Leitlamellen zur Hauptrichtung der Kühlluftströmung hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen, im Schnitt betrachtet, gekrümmt ausgebildet sind. Dadurch kann eine bessere Anpassung an die Strömungsverhältnisse erreicht werden.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen zum Lüfter hin konvex gekrümmt sind. Vorzugsweise sind die Leitlamellen gewölbt ausgebildet.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen profiliert ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Leitlamellen in dem Leitgitter gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Leitlamellen können aber auch ungleichmäßig verteilt angeordnet sein.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterhaube einstückig aus Kunststoff gebildet ist. Um hohe Kosten zu vermeiden, ist die Lüfterhaube vorzugsweise als Spritzgussteil ausgebildet, wobei die einzelnen Gitterelemente so gestaltet sind, dass sie sich in der Richtung senkrecht zum Kühler nicht überlappen und somit einem einfachen Spritzgusswerkzeug entformt werden können.
- Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden verschiedene Ansätze, wie zum Beispiel die Verwendung von so genannten Teilzargen oder von Vollzargen, zur Lösung der vorab angegebenen Aufgabe betrachtet. Diese Ansätze werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Figuren näher erläutert. Die erfindungsgemäße Lösung liefert allgemein den Vorteil, dass auf bewegliche Teile, wie Staudruckklappen, an der Lüfterhaube verzichtet werden kann. Trotzdem wird sichergestellt, dass die gesamte Kühlerfläche im Lüfterbetrieb durchströmt wird. Eine unerwünschte Rückströmung kann weitestgehend unterbunden werden.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
-
1 ein Kühlsystem mit so genannten Teilzargen im Lüfterbetrieb; -
2 das Kühlsystem aus1 im Staudruckbetrieb; -
3 ein Kühlsystem mit so genannten Vollzargen im Lüfterbetrieb; -
4 das Kühlsystem aus3 im Staudruckbetrieb, -
5 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit einer seitlichen Öffnung im Lüfterbetrieb; -
6 das Kühlsystem aus5 im Staudruckbetrieb; -
7 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit einer Leitlamelle im Lüfterbetrieb; -
8 das Kühlsystem aus7 im Staudruckbetrieb; -
9 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einem Leitgitter gemäß einer ersten Ausführungsform und -
10 einen ähnlichen Ausschnitt wie9 mit einem Leitgitter gemäß einer zweiten Ausführungsform. - In
1 ist ein Kühlsystem mit so genannten Teilzargen schematisch dargestellt. Das Kühlsystem umfasst einen Kühler1 , der von einem Kühlmittel durchflossen wird, das über (nicht dargestellte) Kühlmittelleitungen zu einem Motor2 geleitet und dort zur Kühlung des Motors2 verwendet wird. Zwischen dem Kühler1 und dem Motor2 ist ein Lüfter4 angeordnet, der, insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs oder bei einer Langsamfahrt, dazu dient, den Motorraum mit einer ausreichenden Kühlluftmenge zu durchströmen. Der in1 dargestellte Zustand wird daher auch als Lüfterbetrieb bezeichnet. Der Lüfter ist von einer geschlossenen Lüfterhaube6 umgeben. - Eine, in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs betrachtete, von vorne auf den Kühler
1 treffende Kühlluftströmung ist insgesamt mit7 bezeichnet. Da nur der Bereich des Lüfters4 durch die geschlossene Lüfterhaube6 abgedeckt ist, fördert der Lüfter4 nur in einem begrenzten Bereich. Durch den nicht von der Lüfterhaube6 abgedeckten Bereich des Kühlers1 kann die Kühlluftströmung7 ungehindert durchströmen. Durch einen Pfeil8 ist der gewünschte Strömungsweg durch die Lüfterhaube6 und den Lüfter4 angedeutet. Durch einen Pfeil9 ist angedeutet, dass, insbesondere bei Verwendung eines starken Lüfters, eine Rezirkulation der Kühlluft durch den Kühler1 stattfinden kann. Eine solche Rezirkulation führt zu erheblichen Verlusten der Kühlleistung bei Langsamfahrt im Lüfterbetrieb. Darüber hinaus wird im Lüfterbetrieb nur ein Teil des Kühlers1 genutzt, wodurch sich die Kühlleistung und auch die Klimaleistung verschlechtern. - In dem in
2 dargestellten Staudruckbetrieb, also bei Schnellfahrt, kann die Luft in dem nicht durch die Lüfterhaube6 abgedeckten Bereich fast ungehindert durch den Kühler1 strömen, wie durch einen Pfeil11 angedeutet ist. Die Drosselwirkung beschränkt sich somit auf den vom Lüfter abgedeckten Bereich, wie durch den Pfeil10 angedeutet ist. - In den
3 bis8 werden für den Kühler1 , den Motor2 , den Lüfter4 und die Kühlluftströmung7 die gleichen Bezugszeichen wie in den1 bis2 verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der1 bis2 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen eingegangen. - Bei den in den
3 und4 dargestellten Vollzargen ist die gesamte Fläche des Kühlers1 von einer Lüfterhaube6 abgedeckt. Durch einen Pfeil17 ist angedeutet, dass die gesamte Kühlluftströmung7 in dem in3 dargestellten Lüfterbetrieb durch die Lüfterhaube15 und durch den Lüfter4 geleitet wird. - In
4 sieht man, dass im Staudruckbetrieb Staudruckklappen19 im Lüfterbetrieb geschlossene Öffnungen für einen Teil der Kühlluftströmung7 freigeben, wie durch einen Pfeil19 angedeutet ist. Die Staudruckklappen19 haben die Funktion eines Rückschlagventils, das heißt, sie öffnen sieh, wenn der Fahrtwind den Druckaufbau des Lüfters4 überwiegt, und schließen sich, wenn der Lüfter4 hinter der Lüfterhaube15 mehr Druck aufbaut als der Fahrtwind. Die Staudruckklappen19 stellen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Die für den Staudruckbetrieb frei schaltbare Fläche ist außerdem konstruktiv oder durch die Herstellkosten begrenzt. - In den
5 und6 ist die komplette, dem Motor2 zugewandte Fläche des Kühlers1 , wie bei dem in den3 und4 dargestellten Kühlsystem, abgesehen von dem Lüfter4 , von einer Lüfterhaube25 abgedeckt. Allerdings ist seitlich eine Öffnung27 ausgespart, durch die Luft sowohl ein- als auch austreten kann. Die Öffnung27 erweitert sich nach außen. Vorzugsweise erstreckt sich die Öffnung27 über eine ganze Seite des im Wesentlichen rechteckförmigen Kühlers1 . Durch einen Pfeil28 ist angedeutet, dass im Lüfterbetrieb nahezu die gesamt Kühlluftströmung7 entlang dem gewünschten Strömungsweg verläuft. Durch einen gestrichelten Pfeil29 ist angedeutet, dass ein kleiner Teil der Kühlluftströmung7 rezirkulieren kann, indem er erst durch den Kühler1 und den Lüfter4 und dann über die Öffnung27 wieder in und durch den Kühler1 strömen kann. Allerdings ist der Strömungsweg29 deutlich länger als bei herkömmlichen Kühlsystemen. In6 ist durch einen Pfeil30 angedeutet, dass ein Teil der Kühlluftströmung7 durch den Kühler1 und dann durch die Öffnung27 strömt. - In den
7 und8 ist die komplette, dem Motor2 zugewandte Fläche des Kühlers, abgesehen von dem Lüfter4 , von einer Lüfterhaube35 abgedeckt. In der Lüfterhaube35 sind in dem Bereich, in dem der Lüfter4 nicht angeordnet ist, Öffnungen oder eine große Öffnung mit feststehenden Leitlamellen36 vorgesehen. Durch einen Pfeil38 ist angedeutet, dass der Hauptteil der Kühlluftströmung7 durch den Lüfter hindurch und an dem Motor2 vorbei den gewünschten Strömungsweg einschlägt. Durch einen gestrichelten Pfeil39 ist in7 angedeutet, dass ein geringer Teil der Kühlluftströmung7 auch rezirkulieren kann. Allerdings ist der Rezirkulationsströmungsweg39 länger und mit mehr Umlenkungen versehen als bei herkömmlichen Kühlsystemen. Dadurch erhöht sich der Druckverlust auf diesem Luftpfad erheblich. In8 ist durch einen Pfeil40 angedeutet, dass ein Teil der Kühlluftströmung7 durch die Öffnung mit der Leitlamelle36 hindurch den gewünschten Strömungsweg am Motor2 vorbei einschlägt. - In
9 ist dargestellt, dass eine Lüfterhaube45 eine radial außerhalb des Lüfters4 angeordnete Öffnung aufweist, in der eine Vielzahl von Leitlamellen46 ,47 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Leitlamellen46 ,47 sind in einem Winkel45 von etwa 55° zu der Hauptströmungsrichtung der Kühlluftströmung7 angeordnet. - In
10 ist ein ähnliches Kühlsystem wie in9 dargestellt. Allerdings sind bei dem in10 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Lüfterhaube55 eine Vielzahl von gekrümmten Leitlamellen56 ,57 vorgesehen. Die Leitlamellen55 ,56 sind zum Lüfter4 hin gewölbt. Dadurch ergibt sich, insbesondere im Staudruckbetrieb, ein günstiger Strömungsverlauf.
Claims (10)
- Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler (
1 ), der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors (2 ) dient, und der von einer Kühlluftströmung (7 ) durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter (4 ) beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler (1 ) und dem Motor (2 ) angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube (6 ;15 ;25 ;35 ;45 ;55 ) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterhaube (25 ) an mindestens einer Seite des Differenzbereichs mit mindestens einer Öffnung (27 ) versehen ist. - Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnung (
27 ), im Schnitt betrachtet, nach außen zum Motor (2 ) hin erweitert. - Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler (
1 ), der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung eines Motors (2 ) dient, und der von einer Kühlluftströmung (7 ) durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter (4 ) beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler (1 ) und dem Motor (2 ) angeordnet ist, wobei die Projektion der Lüfterfläche auf die Kühlerfläche um einen Differenzbereich kleiner als die Kühlerfläche ist und der Differenzbereich der Kühlerfläche durch eine Lüfterhaube (6 ;15 ;25 ;35 ;45 ;55 ) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterhaube (45 ) in dem Differenzbereich zum Motor hin mindestens eine Öffnung aufweist, in der mindestens eine Leitlamelle (36 ), insbesondere mehrere Leitlamellen, angeordnet ist beziehungsweise sind. - Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitlamellen (
45 ,46 ) in Form eines Leitgitters im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. - Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen (
45 ,46 ), in der Draufsicht auf den Kühler betrachtet, im Wesentlichen konzentrisch zu der Lüfterachse angeordnet sind. - Kühlsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen (
45 ,46 ) in einem Winkel von 30° bis 80°, insbesondere von etwa 45°, zur Kühlluftströmung (7 ) geneigt angeordnet sind. - Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen (
55 ,56 ), im Schnitt betrachtet, gekrümmt ausgebildet sind. - Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen (
55 ,56 ) zum Lüfter hin konvex gekrümmt sind. - Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlamellen profiliert ausgebildet sind.
- Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterhaube (
6 ;15 ;25 ;35 ;45 ;55 ) einstückig aus Kunststoff gebildet ist.
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